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[信息] 先进装备制造技术

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发表于 2007-10-3 21:08:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

 

               先进制造技术

1,制造技术及其发展特征

制造技术是使原材料成为人们所需产品而使用的一系列技术和装备的总称,是涵盖整个生产制造过程的各种技术的集成。从广义来讲,它包括设计技术、加工制造技术、管理技术等三大类。其中设计技术是指开发、设计产品的方法;加工制造技术是指将原材料加工成所设计产品而采用的生产设备及方法;管理技术是指如何将产品生产制造所需的物料、设备、人力、资金、能源、信息等资源有效地组织起来,达到生产目的的方法。家具作为人类维持正常生活、从事工作学习和开展社会活动必不可少的、供人科坐、卧、躺、或支承与贮存物品的一类产品,在其生产制造过程中,也同样需要采用上述的一三类制造技术。

  从社会发展的角度来看,人类社会已经经历了农业经济时代和工业经济时代,正在进入信息经济时代(也称后工业经济社会或工业信息化时代)。在农业经济时代,产品的制造主要是家庭作坊式的手工技艺,是依*人类本身的器官和力气来完成的;蒸汽机的出现和应用使人类进入了工业经济时代,机器开始代替人做各种工作,把人类从繁重的重复性劳动中解放出来,而且机械化和自动化技术使社会生产力得到了迅速发展,现代化大工业也迅速成长起来,实现了产品的专业化和大批量生产;随着人类社会进入信息经济时代,信息日益成为最重要的战略资源和决定性生产力、竞争力及经济增长的关键因素,产品的价值主要来源于产品中科学技术知识的信息含量,以计算机和信息技术为基础的现代先进制造技术已逐步发展起来。上述三个不同经济时代的制造过程和制造技术的主要特征可归纳为表1。


 

  2 先进制造技术及其内涵


 

  现在,人们在各种媒体上,经常可以看到或听到“先进制造技术”这一词。所谓先进制造技术,是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体,用于制造产品的技术、设备和系统的总称。


 

  从广义上来说,先进制造技术包括:


 

  (1)计算机辅助产品开发与设计(如计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程CAE、计算机辅助工艺设计CAPP、并行工程CE等);


 

  (2)计算机辅助制造与各种计算机集成制造系统(如计算机辅助制造CAM、计算机辅助检测CAI、计算机集成制造系统CIMS、数控技术NC/CNC、直接数控技术DNC、柔性制造系统FMS、成组技术GT、准时化生产JIT、精益生产LP、敏捷制造AM、虚拟制造VM、绿色制造GM等);


 

  (3)利用计算机进行生产任务和各种制造资源合理组织与调配的各种管理技术(如管理信息系统MIS、物料需求计划MRP、制造资源计划MRPII、企业资源计划ERP、工业工程IE、办公自动化OA、条形码技术BCT、产品数据管理PDM、产品全生命周期管理PLM、全面质量管理TQM、电子商务EC、客户关系管理CRM、SCM供应链管理等)。


 

  从狭义上来说,它是指各种计算机辅助制造设备和计算机集成制造系统。如果说机械化和自动化技术代替了人的四肢和体力的话,那么以计算机辅助制造技术和信息技术为中心的先进技术,则在某种程度和某些部分代替了人的大脑而进行有效的思维与判断,它对传统制造业所引起的是一场新的技术变革。上述先进制造技术所包含的各种技术,目前在我国家具制造业中,已经或正在实施应用,预计在不久的将来,在我国将会广泛采用这些先进制造技术来改造和提升传统的家具业。为了使我们家具行业的有关人员进一步了解上述相关技术及其理念,现逐一简要叙述如下:


 

  2.1计算机辅助设计(CAD)


 

  在设计过程中,利用计算机作为工具,帮助设计师进行设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)。计算机辅助设计包括的内容很多,如:概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理、几何建模等。其中,计算机辅助绘图是CAD中计算机应用最成熟的领域。而几何建模技术是CAD系统的核心技术,因为几何建模是从人们的想象出发,根据现实世界中的物体,利用交互的方式将物体的想象模型输入计算机后以一定的方式将模型存储起来的过程,它是分析计算的基础,也是实现计算机辅助制造的基本手段。


 

  在设计中,一般包括两种内容:带有创造性的设计(方案的构思、工作原理的拟定等)和非创造性的工作,如绘图、设计计算等。创造性的创造出以前不存在的设计方案,这项工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐行重复性的计算分析和信息检索,完全可以借助来完成。一个好的计算机辅助设计系统能充分发挥人的高速分析计算能力即要找到人和计算机的最佳结合点。早期的CAD技术只能进行一些分析,计算和文件编写工作,后来发展到计算机辅助绘图和设计结果模拟,目前的CAD技术正朝着人工智能和知识工程方向发展,即所谓的ICAD(Intelligent CAD)。另外,设计和制造一体化技术即CAD/CAM技术以及CAD作为一个主要单元技术的CIMS技术都是CAD技术发展的重要方向。


 

  2.2计算机辅助工程(CAE)


 

  长期以来,产品的力学强度分析与计算一直沿用材料力学、理论力学和弹性力学所提供的公式来进行。由于有许多的简化条件,因而计算精度很低。为了保证产品的强度和质量,常采用加大安全系数的方法。结果使结构尺寸加大,浪费材料,有时还会造成结构性能的降低。现代产品正朝着高效、高速、高精度、低成本、节省资源、高性能等方面发展,传统的计算分析方法远远无法满足要求。近20年来,伴随着计算机技术的发展,出现了计算机辅助工作分析(Computer Aided Engineering,CAE)这一新兴技术。采用CAE技术以及有限元分析法(Finite Element Method,FEM),可实现对质量、体积、惯性力矩、强度等计算分析;对产品的运动精度,动、静态特征等的性能分析;对产品的应力、变形等的结构分析。即使在进行复杂的产品和工程分析时也无须作很多简化,并且计算速度快、精度高。


 

  2.3计算机辅助工艺过程设计(CAPP)


 

  CAD的结果能否有效地应用于生产实践,数控机床NC能否充分发挥效益,CAD与CAM能否真正实现集成,都与工艺设计的自动化有着密切的关系,于是,计算机辅助工艺规程设计(Computer Aided Process Planning,CAPP)就应运而生,并且受到愈来愈广泛的重视。工艺规程设计的难度极大,因为要处理的信息量大,各种信息之间的关系双极为错综复杂,以前主要*工艺师多年工作实践总结出来的经验来进行。因此,工艺规程的设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。这样编制出来的工艺规格一致性差,也不可能得到最佳方案。另一方面熟练的工艺人员日益短缺,而年轻的工艺人员则需要时间来积累经验,再加上老工艺人员退休时无法将他们的“经验知识”留下来,这一切原因都使得工艺设计成为家具制造过程中的薄弱环节。CAPP技术的出现和发展使利用计算机辅助编制工艺规程成为可能。


 

  一个完善的CAPP系统一般应具有以下功能:检索标准工艺文件;选择加工方法;安排路线;选择机床、刀具、量具、夹具等;选择装夹方式和半夜夹表面;优化选择切削用量;计算加工时间和加工费用;确定工序尺寸和公差及选择毛坯;绘制工序图及编写工序卡。有的CAPP系统还具有计算刀具轨迹,自动进行NC编程和进行加工过程模拟等CAM的功能范畴。CAPP系统其工作原理来分,有检索式、派生式、创成式、半成式、广义综合式、柔性化开发平台式、智能式等7种类型的CAPP系统。


 

  CAPP工艺过程设计是连接产品设计与制造的桥梁,是整个制造系统中的重要环节,对产品质量和制成成本具有极为重要的影响。同时企业为了在增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种 技术的环境下,改革传统的工艺设计手段,采用以计算机为工具的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上台阶的关键之一,也是企业发展的必由之路。应用CAPP技术,可以使工艺人员从繁琐重复的事务性工作中解脱出来,迅速编制出完整而详细的工艺文件,缩短生产准备击周期,提高产品制造质量,进而缩短整个产品的开发周期。


 

  2.4并行工程(CEO)


 

  长期以来,新产品的已经形成一套固定的模式,即市场调研、产品计划、产品设计、试制样机、修改设计、工艺准备、正式投产。在这咱开发模式中,在产品计划和产品设计阶段,尽管设计人员也考虑到产品的制造问题。但这种考虑是零碎的、不系统的。设计人员考虑的主要是如何满足产品的功能问题。尽管实践证明;对于指较大、市场寿命较长的产品而言,这是一种行之有效的开发模式。但对于指不大,更新换代又快的产品,这种模式就远远不能满足要求了。在今天,产品的指愈来愈多,而市场生命周期愈来愈短。在这种形式下,传统的产品开发方式已远远不能满足要求了。于是,出现了并行工程(Concurrent Engineering ,CE)的概念。


 

  所谓并行工程,就是集成地、工行地设计产品及其部件和相关各种过程的一种系统工作模式。这种模式要求产品开发人员与其他人员一起共同工作,在设计一开始就考虑产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户的要求。并行工程有时称为并行设计,它是指在新产品设计阶段,就引进生产准备工作,并行地进行产品设计、工艺和生产准备(也可以包括后续过程)。并行工程是伴随着计算机技术和网络通讯技术发展起来的一门新技术、它侧重于管理方面,具有强调团队工作(Team work)、强调设计过程的并行性、强调设计过程的系统性、强调设计过程的快速反馈等特点。目前,普遍认为,并行工程技术是面向21世纪的技术,是企业赢得市场竞争的有利武器。采用并行 工程技术可以大大缩短产品投放市场的时间、降低成本、提高质量、减少废品率、保证了功能的实用性,从而增强企业的市场竞争能力。2.5计算机辅助制造(CAM)


 

  计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动,它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。这是最初CAM系统的狭义概念。到今天,CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。CAPP已被作为一个专门的子系统,而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求的制订则划分给PMRR II/ERP系统来完成。CAM的广义概念包括的内容则多得多,除了上述CAM狭义内容外,它还包括制造活动中与物流有关的所有过程(加工、装配、检验、存贮、输送)的监视、控制和管理。


 

  在实际应用中,一般意义上的CAM主要是指利用计算机直接进行加工制造、生产过程控制的技术系统,其主体是由数控机床(NC/CNC/NDC)、机器人(Robot)、自动物料储运系统[运输设计AGV(Automated Guide Vehicle)+存储系统AS/RS(Automated Storage & Retrieval System)]等设计而构成。其中,数控机床(Numerical Control,NC)是一种能够根据预先编好的一系列指令,实现对各种尺寸或各种形状的复杂工件进行锯、铣、刨、磨、钻、车等多种不同加工方式的大型机床。经过几十年的发展,NC已经从识读器时代进入了计算机数控(Computer Numerical Control,CNC),它是一台独立的微型计算机来控制其运行,又称加工中心(Machining Center, MC);另一种是直接数控(Direct Numerical Control,DNC),它是一台中心计算机对台数控机床同时控制,控制各台机床的加工程序都编入一个中央数据库内,通过中心计算机传送到各个机床,而每台机床的加工情况,又通过附属控制器反馈到中心计算机。随着技术的不断发展,DNC的含义由简单的直接数字控制发展到分布式数字控制(Distributed Numerical Control),它不但具有直接数字控制的所有功能,而且有系统状态监视以及系统控制等功能;它开着眼于车间的信息集成,针对车间生产计划,技术准备,加工操作等基本作业进行集中监控与分散控制,把生产任通过局域网分配给各个加工单元,并使之信息相互交换。而对物流等系统可以在条件成熟时再扩充既适用于现有的生产环境,提高生产率,又节省了成本。所以说现代意义上的DNC,不仅指单个机床的控制而且在某种意义上是车间级通讯风格的代名词。DNC已演变成生产准备和制造过程中设备信息互连的一种技术,是实现CAD/CAP/CAM一种技术最关键的纽带,是现代化制造车间实现CIMS信息集成和设备集成的有效途径。

 

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